RNA具有独特的三维结构和种类繁多的生物学功能，广泛参与细胞的各类生命活动，与多种疾病的发生与发展密切相关。荧光RNA是近些年发展起来的活细胞RNA成像技术。与荧光蛋白一样，研究人员只需要将荧光RNA的编码序列与靶标RNA编码序列融合，在细胞内表达后，即可对活细胞RNA进行标记成像。因此，荧光RNA是最直接的一种RNA标记成像方法，也最有希望成为理想的活细胞RNA标记与成像技术。2019年杨弋教授课题组与朱麟勇教授课题组组成的联合攻关团队发展了Pepper荧光RNA，它在亲和力、稳定性、信噪比、活细胞荧光亮度等方面提升了1-3个数量级，体现了荧光RNA从概念到实用的突破，在国际上首次实现了动物细胞内不同种类RNA的标记与无背景成像（Nature biotechnology, 2019, 37,1287）。然而， Pepper三维结构是什么样子，到底为什么Pepper具有如此优秀的性能呢？这个谜底的揭示不仅对于Pepper荧光RNA的进一步优化和应用拓展具有重要意义，还可以为更多高性能荧光RNA的创造提供新思路。
针对上述关键科学问题，研究团队对Pepper-HBC复合物的三维结构进行了解析，结果显示，Pepper呈现出由一个螺旋和一个突出的连接区组成的单体非 G-四链体音叉状结构，包含3个双螺旋P1、P2和P3，并由3个Junction区域J1/2、J2/1和J3/2连接。J3/2和J1/2以及P2形成远距离相互作用，帮助维持整体三维结构的稳定。配体HBC结合于整体结构的中心位置，以近平面构象堆积于非G-四联体四碱基平面（U8, G41, U42, G43）和G10-U40非经典碱基对之间，并由碱基对G9-C33从侧面固定，使得HBC配体被Pepper RNA适配体以纳摩尔级的高亲和力结合并激活。本研究解析的Pepper-HBC三维结构信息将为Pepper RNA适配体和染料分子的优化提供良好的理论依据，也将为发展基于Pepper的活细胞与活体生物传感、即时诊断甚至实时诊断技术提供极具价值的信息。
论文第一作者为浙江大学黄凯怡博士和我校药学院陈显军副研究员，通讯作者为朱麟勇教授、杨弋教授和任艾明研究员。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市科委项目、上海市教委项目、生物反应器工程国家重点实验室基金、教育部基本科研业务费等经费资助。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41589-021-00884-6
